Risk analysis of triethylaluminium storage

Abstract

En este siglo, el consumo global de materiales peligrosos ha aumentado. Esto se debe a que, en los últimos años, las actitudes de la industria con respecto a los compuestos peligrosos, que son componentes clave de muchos bienes comerciales esenciales, han cambiado significativamente. Estos materiales exigen una precaución especial ya que pueden tener graves consecuencias para la salud y el medio ambiente. El objetivo principal de esta tesis es identificar y analizar los peligros del almacenamiento de sustancias pirofóricas, a las que la exposición al aire y al agua puede provocar la ignición. Entre todos los productos químicos pirofóricos empleados regularmente en la industria, el trietilaluminio (TEA) ha llamado la atención de esta tesis en términos de su amplia gama de usos como un componente catalítico eficiente, un aditivo con combustible para microencapsulación, en el diseño de aeronaves y en aplicaciones militares. El TEA se obtiene básicamente a partir de aluminio, hidrógeno y etileno en un proceso de uno o dos pasos. El TEA es un líquido de incoloro que se auto inflama y reacciona violentamente con aire y agua. Como resultado, se liberarán gases combustibles a alta temperatura como hidrógeno, cuya concentración aumenta a medida que aumenta la temperatura del sistema. Las industrias de procesamiento y las operaciones relacionadas con el TEA están expuestas al riesgo de varios accidentes graves, como incendios de balsa causados por derrames de combustible, que es uno de los incidentes no intencionales más frecuentes en un entorno industrial. Los daños causados por un incendio de TEA están relacionados principalmente con el calor irradiado en el área circundante. Entonces, para analizar y predecir los peligros esperados del TEA puro y su almacenamiento en solución, Se ha marcado como objetivo de esta tesis el cálculo de calor recibido por un objetivo determinado. El modelado experimental de incendios es una técnica habitual utilizada para generar rápidamente estimaciones de las condiciones generadas en un incendio. Sin embargo, realizar estos experimentos a veces es demasiado arriesgado para sustancias peligrosas e inflamables como el TEA. Por lo tanto, para analizar experimentalmente el riesgo de almacenamiento de soluciones de TEA, se debe introducir un material sustituto menos peligroso que se espera que tenga un comportamiento similar al fuego en términos de geometría de la llama. Ha sido pues también objeto de esta tesis realizar la simulación dinámica de incendios mediante la herramienta computacional FDS para diferentes productos químicos de hidrocarburos para encontrar la mejor sustitución de soluciones de TEA. El Nhexano, el n-octano y el benceno se han elegido en función de la similitud por lo que hace referencia al calor de combustión, la vaporización y la velocidad de combustión con la solución de TEA. Finalmente, en base a los resultados obtenidos, se ha analizado la adecuación de un sistema industrial de protección de incendios para su implementación en plantas de almacenaje de soluciones de TEA.

In this century, the global consumption of hazardous materials has risen. This is because, in recent years, industry attitudes regarding hazardous compounds, which are key components of many essential commercial goods, have changed significantly. These materials demand extra caution since they can have serious health and environmental consequences. The main goal of this thesis is to identify and analyze the hazards of storing pyrophoric substances that exposure to the environment or other materials at ambient temperatures can cause these materials to ignite. These analyses are used to develop the storage and handling hazards. Among all the pyrophoric chemicals regularly employed in industry, Triethyl aluminum (TEA) has piqued this thesis's attention in terms of its wide range of uses as an efficient catalytic component, an additive with fuel for micro-encapsulation, in aircraft design, and in the military area. TEA is basically prepared from aluminum, hydrogen, and ethylene in a one or two-step process. TEA is a colorless liquid that self-ignites and reacts violently with air and water. As a result, high heat and combustible gases such as hydrogen will be released, the concentration of which increases as the system temperature rises. The processing industries and related operations for TEA as a hazardous commodity are exposed to the risk of various serious accidents, such as pool fires caused by fuel spills which is one of the most prevalent unintentional incidents in an industrial setting. The damages caused by a TEA fire are mainly connected to the heat radiated in the surrounding area. So, in order to analyze and predict the expected hazards of neat TEA and its solution storage, the heat received by a given target was computed using various classical equations, the most frequent of which are compiled in this thesis. At the same time, experimental data for neat TEA and its solutions has also been collected to be compared. The empirical fire modeling is a generalized practice due to its ability to quickly generate accurate estimations of general fire conditions. However, performing these experiments is sometimes too risky for hazardous substances like TEA. So, in order to analyze the TEA solutions storage risk, a less hazardous substitute material should be introduced that is expected to have a similar pool fire behavior in terms of the flame geometry. Accordingly, the Fire Dynamic Simulation (FDS) has been performed for different hydrocarbon chemicals to find the best substitution for TEA solutions for further experiments. N-hexane, n-octane, and benzene have been chosen based on the similarity and close heat of combustion, vaporization, and mass burning rate compared to TEA solution. Finally, in line with the results obtained, the performance of a fire protection system in a TEA storage facility has been analyzed for its practical implementation.